WH-18650A. Плата защиты для аккумуляторов типа 18650
В названии явно обозначен типоразмер аккумулятора, но плата точно так же подойдет для большинства литиевых аккумуляторов с диаметром 18 мм, например 18350, 18490, 18500. А если не использовать возможность установки на батарею, то подойдёт для любого типоразмера, главное, чтобы предельные параметры подходили.
Тестирование
- Максимальное напряжение батареи: 4,275 В
- Минимальное напряжение батареи: 2,5 В
- Выходной ток: 4 А
Действительно, при достижении 2,5 В или чуть ниже плата отрубает вход, на выходе получается ноль, банка дальше не разряжается. Чтобы схема снова начала пропускать ток, входное напряжение должно быть поднято уже до 3 В. Такой гистерезис исключает лишние переключения при смене состояния.
Защиту от перезаряда проверить полностью не смог, но она кажется рабочей. Если заряжать простым источником напряжения через резистор. Для проверки заряда ближе к его концу плата отключает выход и, если напряжение на банке еще мало, включает зарядку дальше. Частота проверки — примерно раз в секунду. Протестировал зарядку через несколько своих зарядных устройств, везде поведение другое, зарядные устройства сами контролируют весь процесс, и плата им не мешает.
При превышении максимального тока (заявлено 4 А) плата отключается, на выходе нулевой ток. Чтобы плата снова заработала необходимо снять нагрузку. Замкнул аккумулятор с защитой на резистор в 1 Ом, ток на выходе пошел чуть больше 2,5 А, напряжение, соответственно, такое же. Это единственный сомнительный момент в данной плате. Получается, что как только я немного повышу нагрузку (понижу сопротивление), напряжение еще просядет, и плата вырубится по напряжению. Аккумулятор нормальный, способен отдавать до 2,8 А точно. Возможно, повлияли провода и мультиметр. Далее замыкаю выход платы, и она сразу вырубается. Чтобы сбросить защиту, нужно отключить нагрузку.
Подготовка к сборке
Схема подключения элементарна, контакты на плате подписаны, но фиксация платы на батарее — задача непростая, в основном из-за необходимости применения специальных материалов. Обязательно понадобится подходящая термоусаживаемая трубка, что-нибудь для прокладки между платой и батареей, а также плоский проводник, который протянется от плюса к минусу батареи.
Так как теперь на плюсе батареи будет пайка, необходимо добавить на плюс что-то более выпуклое, чтобы нагрузка не приходилась на место этой пайки, подобное я уже делал.
Электрические соединения, повторюсь, довольно простые. Зад платы полностью представляет собой контактную площадку, он же вывод «P-», его паять не нужно. Вывод «P+», как и вывод «B+», нужно соединить с плюсом батареи. Они уже соединены на плате, так что провод-ленту можно будет тянуть от любого из них. Еще один провод должен соединять «B-» с минусом батареи, он должен быть коротким и полностью помещаться в зазор между платой и батареей.
В качестве длинного проводника от платы к плюсу батареи лучше всего использовать металлическую ленту. Такие ленты можно даже купить на Ebay, но мне нужна всего пара полосок, есть смысл поискать в пределах видимости. Нашел такую медную полосу, толщина
0,1 мм, идеально. Необходимость использовать плоский проводник объясняется желанием сохранить габаритные размеры аккумулятора, часто в устройствах-потребителях не бывает лишнего зазора.
Плату надо как-то зафиксировать на минусовой площадке батареи. Здесь нужен компаунд, герметик, а может хватит и двухстороннего скотча. Всё зависит от того, планируете ли вы в будущем обслуживать данную схему. Дополнительным креплением станет термоусаживаемая трубка, поэтому абсолютная фиксация кажется необязательной.
Сборка и итоги
Решил сначала попробовать на убитом аккумуляторе. Так я без риска проверю все действия на ошибки.
Посмотрим, насколько изменится длина банки.
Пока заметно удлинение всего на пару миллиметров, но нужно учитывать, что будет еще пайка на минусовом контакте (можно сэкономить при пайке по краю, но сразу не догадался, но для того и тест на пробнике), а также прокладка между платой и батареей, бить чипы о железо не хочется. Её тоже можно сделать довольно тонкой, но крепкой, так как больших напряжений здесь нет, но физическая сила будет прилагаться часто. Пока решил поставить кусок старой термоусадки, довольно толстой. То есть сделал всё максимально толсто.
Берём ленту, отрезаем пару кусков. Длинный кусок пойдет вдоль всей батареи, короткий нужен только для замыкания площадки на плате с минусом банки, можно использовать даже кусок проволоки. Сразу всё лудим и припаиваем одним концом к плате.
Далее нужно короткий конец припаять к банке. Паять надо с минимальным количеством припоя, всё лишнее будет удлинять готовую сборку. У прокладки срезал немного один из боков, чтобы было место для ленты. Нужно соединять всё так, чтобы изгибы ленты не выходили за пределы батареи.
Теперь припаиваем оставшуюся ленту к плюсу банки. Здесь очень важно следить за тем, чтобы эта полоска не касалась корпуса банки. Добавьте под ленту какой-нибудь изолятор. Так как это проба на мертвой батарее, я поленился делать эту изоляцию (зря, ведь это также тест материалов). Эта изоляция — основа безопасности работы с батареей, так как при замыкании на корпус произойдет короткое замыкание батареи в обход защиты.
Далее остаётся натянуть трубку и усадить её так, чтобы она с обоих концов немного завернулась за край. И вот здесь проявилась главная проблема — трубка оказалась слишком хрупкой. Дополнительно неудачно вышло так, что сгиб трубки пришелся на один из краев ленты, и это сразу привело к разрыву. Края платы оказались слишком острыми, и они также порвали трубку.
Со стороны плюса всё отлично. Эта трубка боится перегрева, возможно это также повлияло на результат.
- Главное — лучше взять готовую банку с защитой, она будет точно такая же по конструкции. Вряд ли самому получится сделать лучше и дешевле.
- Термоусадку не перегревать. Сгибы держать подальше от металлической ленты.
- У провода-ленты убрать заусенцы. Максимально разгладить по поверхности банки. Лента должна быть хорошо изолирована от корпуса и внешней среды.
- Паять контакт к минусовому контакту около края, чтобы пайка не упиралась в центральную часть платы с чипами.
- Термоусадка достаточно сильно держит плату, беспокоиться за крепление платы к батарее не стоит. Но если есть подходящий компаунд, следует им воспользоваться.
- Желательно затупить края платы, например пустив по периметру слой изоленты или той же термоусадки.
- Как ни старайся, а 3-5 мм к батарее всё равно прибавится.
Вряд ли буду еще пробовать делать защищенный аккумулятор самостоятельно, слишком коряво у меня получается. Останусь с первоначальной идеей использования в составе устройств-потребителей, а не батареи.
Так и не понял, что за третий чип установлен на плату, маркировка 10DB или 100B, вторая строка G62S. Если кто знает, намекните в комментариях. Остальные два чипа — сборки полевых транзисторов, по два на каждую.
Главный итог здесь для меня такой. Защищенные аккумуляторы-банки имеют существенный конструктивный недостаток в виде проводящей ленты вдоль всего корпуса. Её повреждение или, что вероятнее из-за её острых краёв, повреждение изоляции под/над ней может привести к контакту ленты с корпусом, то есть короткому замыканию аккумулятора в обход защиты. Соответственно, вряд ли использование защищенных цилиндрических аккумуляторов, особенно самодельных, более безопасно для всех применений.
Техника безопасности
Не рекомендуется долго нагревать аккумулятор. В лучшем случае это ухудшит его характеристики. Если есть возможность, используйте точечную контактную сварку для аккумуляторов.
Но если такого оборудования нет, можно обойтись и паяльником. Чтобы уменьшить время нагрева при лужении, используйте активный флюс, обязательно потом очистите от него батарею. Маломощным паяльником с тонким жалом будет очень сложно лудить батарею, используйте соответствующий инструмент. Рассчитывайте на 1-2 секунды непрерывного контакта паяльника с батареей. Если не получается так быстро, дайте батарее остыть и скорректируйте набор инструментов и/или технику.
Я паял всё паяльником, не обращая внимание на небольшой перегрев, так как тестовая батарея всё равно убитая.
Как подключить плату защиты 18650
Модуль контроллера заряда с защитой на 3 АКБ 18650 (4.2В-12.6В; 20A) BMS 3S
предназначен для заряда аккумуляторной батареи из трех последовательно
соединенных элементов типа 26650 либо из шести элементов 18650 при том,
что последовательно будут соединены два параллельно включенных элемента.
- Напряжение заряда: 12,6 В-13,0 В.
- Максимальный ток заряда – 10 А.
- Максимальный постоянный ток разряда – 20 А.
- Защита от перезаряда: 4.18 — 4.22В
Защита от переразряда: 2.75 — 2.85ВВозобновление зарядки: 4.05 — 4.15В - Максимальная мощность – 252 Вт.
Основные достоинства
- Автоматическое отслеживание заряда/разряда
- Защита от перегрузок
- Отслеживание состояния каждого элемента
Меры предосторожности:
1. Строго в соответствии со схемой подключать провода: 0V/4,2 V/8,4 V/12,6 V, в противном случае это может привести к
повреждению.
2. После подключения, нужно сначала зарядить для активации, затем будет выходное напряжение.
Внимание: Не смешивайте хороший аккумулятор и плохой аккумулятор для использования.
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Технические характеристики:
Подходящий диапазон:
Для номинального напряжения 3.6В 3.7В литиевая батарея(Включая 18650,26650, литий-полимерные батареи)Размер продукта: 64mmx20mmx3.4 мм/2.52 x 0.79 x 0.13″
Материал:МеталлЗарядное напряжение: 12.6V
Максимальный выходной ток: 20A
Максимальная выходная мощность / зарядки мощность: 252W
Меры предосторожности:
1.Строго по схеме электропроводки: 0В/4.2V/8.4V/12.6В, в противном случае это может привести к повреждению чип.
2.После подключения то нужно первого заряда активации, а затем будет иметь выход.
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
antonharb
Рядовой
- Сообщений:1
- Репутация:0±
Схема вроде полностью совпадает вот с этой 
При срабатывании защиты от КЗ и перезаряда, на базах транзисторов тоже 0,5В но они открываются и закрывают полевик, а тоже напряжение на базе транзистора от переразряда не открывет транзистор. Что может быть?
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Надо применять такие платы хотя бы: http://ali.pub/5iubab
3S BMS 25A 12.6V
Пользователи
Рядовой
- Сообщений:1
- Репутация:0±
Купил на Aliexpress в конце 2020 года. На плате указана MFD 2017.08. DW01 с завода были развёрнуты на 180 градусов. Долго пытался понять, почему не идёт зарядка, и замеры какую-то фигню показывают. Заметил ошибку изготовителя, когда менял DW01 на новые.
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
duts33
Рядовой
- Сообщений:4
- Репутация:0±
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
RONIN
Рядовой
- Сообщений:13
- Репутация:0±
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
RONIN
Рядовой
- Сообщений:13
- Репутация:0±
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
RONIN
Рядовой
- Сообщений:13
- Репутация:0±
Вторая по ссылке, как Вы и советовали в 12 сообщении
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
хотите и балансировку тогда так: http://alli.pub/68y6qx
Пользователи
RONIN
Рядовой
- Сообщений:13
- Репутация:0±
Вот и я про это.
Ну я пока взял ту, что в вашем втором сообщении.
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
ток балансировки 66 мА
Пользователи
RONIN
Рядовой
- Сообщений:13
- Репутация:0±
Администраторы
Anat78
Майор
- Сообщений:5601
- Репутация:39±
Пользователи
Lovelas
Рядовой
- Сообщений:35
- Репутация:0±
3S BMS 25A 12.6V
1: для литий-полимерный LiMnO защиты параметров (3,6 V/3,7 V)
2: защита от перезаряда одной ячейки напряжение: 4,23-4,28 В
3: одноэлементный перезаряд rotect восстанавливающее напряжение: 4,08-4,18
4: Защита от избыточного заряда защита задержки: 0,5-1.5S
5: Защита от перенапряжения с одной ячейкой: 2,72-2,88 в
6: одна ячейка защита от избыточной разрядки защиты восстановить напряжение: 2,9-3,1 V
7: защита от перезарядки ток: 60A
8: защита от перегрузки тока: 60A
9: защита от избыточной разрядки protectdelay: 0,5-1.5S
10: защита от температуры: Да
11: защита от разъединения: Да
12: защита от нехватки: Да
13: задержка нехватки: 100 — 600 мкс
15: Ток зарядки: 25A
16: Ток разрядки: 25A
17: Напряжение зарядки: 12,6 в течение 3 секунд изменение языка
Плата защиты аккумулятора 18650 схема подключения
Обзор платы защиты Li-ion-аккумулятора и индикатора уровня заряда: тонкости функционирования, очевидные и не очень
В одних устройствах, питающихся от литий-ионных аккумуляторов, имеется вся необходимая для аккумуляторов обвязка: индикатор уровня заряда и контроллер заряда/разряда, включающий защиту от превышения токов и напряжений.
Но во многих «упрощенных» конструкциях нет какой-то части их этих компонентов или даже всех. В этом случае, чтобы аккумуляторы жили долго и счастливо, об их защите и индикации следует позаботиться самому пользователю.
Также и в конструкциях DIY («сделай сам») их автору тоже придётся самостоятельно об этом позаботиться.
Плата защиты аккумулятора является обязательным компонентом: она спасёт не только сам аккумулятор, но и, в случае короткого замыкания или иных чрезвычайных ситуаций, много другого добра.
Плата индикации уровня заряда в конструкциях не столь обязательна, но позволит исключить ситуацию внезапного отключения аппаратуры в самый неудобный момент (именно так чаще всего и бывает).
Содержание
Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест платы защиты li-ion аккумулятора
Плата защиты представляет собой узкую и тонкую полоску с элементами, которая по габаритам легко помещается на мизинце: размеры платы 38 * 7 * 2 мм.
На плате расположены шесть транзисторных сборок 8205, контроллер DW01B и минимальная обвязка.
Схема платы — очень простая (взята из технического описания контроллера DW01B):
В каждой транзисторной сборке на плате содержатся по два последовательных MOSFET-а (как на схеме); и все шесть сборок запараллелены. Такая конструкция обеспечивает ток до 15 А, после чего должна срабатывать защита (отключение), причём независимо от направления тока (заряд или разряд).
У того же продавца имеются в продаже платы с тремя или четырьмя транзисторными сборками на борту. Вариант платы должен выбираться не принципу «больше-лучше», а исходя из реальных токов в системе (чтобы защита сработала вовремя, а не тогда, когда от схемы одни угольки остались).
Теперь можно изложить и обсудить параметры контроллера DW01B:
| Over voltage charging protection threshold | 4.3 V ±50 mV |
| Over voltage charging restore threshold | 4.1 V ±50 mV |
| Over voltage discharge protection threshold | 2.5 V ±75 mV |
| Over voltage discharge recovery threshold | 2.9 V ±75 mV |
| Discharge overcurrent detection voltage | 0.15 V ±20 mV |
| Over voltage charging protection delay time | 110 ms ±30% |
| Over voltage discharge protection delay time | 55 ms ±30% |
| Over current discharge protection delay time | 7 ms ±30% |
Итак, что мы видим в параметрах?
Системы защиты по напряжениям работают с некоторым гистерезисом: возврат схемы к исходному состоянию происходит немного при другом напряжении, нежели первоначальное срабатывание.
Кроме того, срабатывание происходит с некоторой задержкой по времени.
Все эти меры приняты для того, чтобы не было ложных срабатываний от кратковременных помех или колебаний потребления питаемой схемы. В общем, в этой части всё сделано по-умному.
А вот некоторые вопросы и сомнения вызывают номиналы напряжений защиты от перезаряда и переразряда, которые здесь составляют 4.3 В и 2.5 В соответственно.
Они отличаются от рекомендуемых для лития 4.2 В и 3.0-3.2 В.
Тем не менее, в процессе теста вопросы по завышенному напряжению заряда удастся полностью снять, а вот с защитой от переразряда всё окажется не так радужно.
Интересным образом в контроллере защиты организовано измерение втекающего/вытекающего тока аккумулятора: для этого в схеме нет резистора-«пробника» или шунта. Ток измеряется по падению напряжения при его протекании через открытые MOSFET-ы. С одной стороны, это упрощает схему; но, с другой стороны, при этом будет иметь значение разброс параметров применённых транзисторов.
Перед тестом, просто для порядка, посмотрим на обратную сторону платы:
Здесь всё хорошо: широкие печатные проводники для сильноточных цепей и обширные контактные площадки для внешних соединений.
Теперь переходим к тестам.
Первый тест: разряд Li-ion аккумулятора через тестируемую плату защиты. Использовался аккумулятор 18650 относительно небольшой ёмкости (2000 мАч), разряд производился на мощный резистор 2 Ом. Для съёма осциллограммы тока использовался резистор сопротивлением
0.12 Ом («самокрутка» из нихромовой проволоки). Кривые снимались осциллографом Fnirsi-1013D.
Посмотрим на осциллограмму финишного участка процесса разряда. На осциллограмме желтая кривая — напряжение на на аккумуляторе (нулевая линия внизу скриншота); голубая линия — ток разряда (нулевая линия — посередине скриншота), развёртка 50 секунд / деление:
Теперь обсудим результаты.
Сначала плата защиты отключает нагрузку при падении напряжения на аккумуляторе до 2.6 В. Затем через некоторое время аккумулятор без нагрузки сам по себе немного восстанавливается до 2.9 В, и плата вновь подключает нагрузку; через несколько секунд напряжение падает, нагрузка отключается, и далее это повторяется ещё несколько раз до полного «успокоения» системы на уровне напряжения аккумулятора в пределах 2.85 — 2.9 В.
Если же нагрузку после первого срабатывания защиты совсем отключить, то самовосстановление аккумулятора продолжается и далее, останавливаясь на напряжении 3.1 В. Здесь важна только величина напряжения; практической же пользы из такого восстановления извлечь не получится: слишком мала величина восстановившегося заряда.
В итоге, в случае, если нагрузка не отключена, то остаточное напряжение аккумулятора оказывается несколько ниже общепринятого порога допустимого разряда.
Если же нагрузка будет полностью отключена, то остаточное напряжение худо-бедно всё-таки попадёт в рекомендуемый интервал.
Второй тест: зарядка аккумулятора через данную плату. Использовался тот же стенд, но теперь мощный резистор 2 Ом использовался для ограничения тока заряда от источника напряжением 5 В. Фактически, добавление этого резистора превратило плату защиты в простой, но полноценный контроллер заряда Li-ion аккумулятора.
Финишный участок процесса заряда (напряжение на аккумуляторе и ток заряда) представлен на следующей осциллограмме (ток аккумулятора поменял знак, естественно):
На осциллограмме видно, что, через небольшое время после отключения тока платой защиты, напряжение на аккумуляторе, лишенном подпитки, чуть-чуть (на 0.1 В) просело.
Этого «чуть-чуть» оказалось вполне достаточно, чтобы напряжение из завышенного (4.3 В) попало в рамки допустимого (4.2 В).
Так что по части защиты от перезаряда констатируем отсутствие каких-либо претензий к тестируемой плате защиты лития. Всё получилось тютелька-в-тютельку!
И, последний по порядку, но не по важности, пункт: проверка на защиту от короткого замыкания.
В течение теста несколько раз при разных напряжениях на аккумуляторе делалось короткое замыкание (без отключения нагрузки).
Защита работала надёжно, напряжение на нагрузке каждый раз сбрасывалось до нуля.
Но есть нюанс: после устранения короткого замыкания напряжение на нагрузке не восстанавливалось. Для восстановления требовалось полное отключение нагрузки хотя бы на долю секунды.
Теперь переходим к следующему герою обзора, который, по идее, должен работать в связке с первым героем.
Конструкция, технические параметры, схемотехника и тест индикатора уровня заряда Li-ion аккумулятора
Индикатор уровня заряда представляет собой небольшую плату с 4-уровневым светодиодным индикатором. Точнее, уровней индикации здесь целых пять; поскольку рамка вокруг четырёх основных индикаторов, как выяснилось в процессе тестирования, тоже участвует в индикации, а не просто служит декорацией.
Электроника индикатора, расположенная на обратной стороне, очень проста:
Здесь расположены: неопознанная микросхема контроллера, линейный стабилизатор напряжения SE8530 (на 3 В), диод «защиты от дурака» (от переполюсовки) T4 и немного всякой мелочи.
Важно: на плате есть контакты S1 — S8 для установки перемычки, обозначающей число секций в аккумуляторе, с которым работает этот индикатор. В процессе теста он проверялся на простом односекционном аккумуляторе 18650, упомянутом в предыдущей части обзора.
Когда напряжение аккумулятора в пределах нормы, то столбик из 4-х светодиодов отображает уровень заряда, а рамка светится просто «для красоты»:
Если напряжение аккумулятора составляет от 3.0 до 3.3 В, то в индикаторе светится только рамка:
А вот в интервале свыше 2.7 и до 3.0 В рамка становится активным участником системы индикации уровня заряда: она мигает, недвусмысленно намекая на катастрофическое падение заряда (недокументированная функция).
При напряжении 2.7 В и ниже рамка просто гаснет: похоже, контроллеру на плате просто не хватает питания.
Теперь — табличка напряжений переключения сегментов индикатора в зависимости от числа секций:
Измерения в односекционном варианте подтвердили указанные значения с высокой точностью (не хуже 2%).
Переключение сегментов в зависимости от уровня заряда не имеет гистерезиса или длительного усреднения показаний; поэтому, если напряжение аккумулятора находится на пограничном уровне между двумя сегментами, то они несколько раз могут перескакивать туда-обратно.
И — ещё немного технических мелочей:
Габариты: 43.5 x 20 x 8 мм;
Ток потребления — не более 5 мА;
Диапазон рабочих температур: -20. +50°С.
Теперь — о технических ограничениях индикатора.
Этот индикатор, в отличие, например, от индикаторов пауэрбанков, не видит, идёт в аккумулятор ток зарядки или нет, и потому никак не может обозначить факт продолжения зарядки.
В пауэрбанках индикаторы интегрированы в контроллер заряда, и потому видят, идёт зарядка или нет. Факт продолжения зарядки они отображают миганием сегментов или миганием цифр (в цифровых индикаторах).
Описанная проблема не является недостатком индикатора, а является следствием принципа его работы: он подключается к схеме только двумя проводами, и ничего, кроме напряжения, «не видит».
В дополнение надо сказать, что у многих продавцов на Алиэкспресс есть почти такой же индикатор, но без возможности назначения количества секций в подключаемом аккумуляторе и с другим контроллером (14-выводная микросхема). На него этот обзор не распространяется (хотя вполне вероятно, что он функционирует точно так же).
Заключение, итоги и выводы
Протестированные устройства — не слишком сложные по функционированию, но, как оказалось, имеют свои «тонкости» в применении.
Плата защиты Li-ion аккумулятора показала свою высокую эффективность в отношении предотвращения перезаряда и защиты от короткого замыкания, но в отношении защиты от переразряда остались некоторые сомнения. Плата позволяет разрядиться аккумулятору несколько сильнее, чем это принято по современным манерам хорошего тона в электронике.
В принципе, подход производителя контроллера защиты DW01B ясен: они учли явления небольшого падения напряжения в аккумуляторе после отключения зарядки и, наоборот, небольшого восстановления напряжения после отключения нагрузки. Это позволит потребителю по максимуму зарядить аккумулятор и также по максимуму использовать его заряд.
Но если по поводу зарядки аккумулятора всё получилось отлично, то по поводу разрядки вопросы остались. Весьма вероятно, что не стоило допускать такого сильного падения напряжения.
Не факт, что это приведёт к каким-то разрушительным последствиям (не так уж велика реальная разница с общепринятым значением), да и в некоторых статьях вообще утверждается, что литий можно безопасно разряжать аж до 2.5 В. К сожалению, из-за разночтений в разных источниках по этому вопросу окончательно установить справедливость подхода производителя контроллера защиты довольно сложно.
Точно можно сказать, что если уж получилась такая разрядка, то не следует оставлять аккумулятор надолго в разряженном состоянии; а надо при первой же возможности его подзарядить.
Тем не менее, возможность такого сильного разряда в процессе работы приведёт, по крайней мере, к несогласованности с индикаторами заряда, подобными описанному в этом обзоре.
При сильном разряде в небольшом интервале напряжений (ниже 2.7 В и до срабатывания защиты от переразряда) возникнет ситуация, когда аккумулятор ещё работает, но индикатор уже ничего не показывает.
Ладно, слишком много слов сказано о плате защиты, надо что-то и об индикаторе заряда сказать.
Что касается индикатора, то при его применении следует помнить, что при подключении к источнику питания он светится постоянно. Если такая ситуация является неприемлемой, то надо задуматься о его кратковременном подключении по команде пользователя, например, банальной кнопкой для проверки заряда.
В целом же к нему никаких претензий нет: он работает, добросовестно выполняя свой алгоритм.
Купить плату защиты литий-ионного аккумулятора можно на Алиэкспресс, например, здесь. Там же имеются платы на более низкие токи (выбирать надо под реальный ток в системе, а не «больше-лучше»). Цена на момент составления обзора — от $1 до $2 в зависимости от конфигурации и способа доставки (может меняться).
Индикатор заряда литий-ионного аккумулятора купить можно, например, здесь. Цена на момент обзора — около $1 с учётом доставки (тоже может меняться).
Плата защиты li-ion вместо зарядного устройства?
Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?
Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой
Сейчас поясню в чем разница.
Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.
По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.
Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.
Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (
4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.
Особенности контроллера для зарядки li-ion аккумулятора 18650
Контроллер для литиевых аккумуляторов 18650 расположен сверху корпуса, чем удлиняет само устройство. Плата расположена впереди отрицательной клеммы, защищая АКБ от перезарядки/переразрядки. Основная страна-производитель – Китай.
Предназначение контролера зарядки
Как только защита будет установлена, корпус помещают в специальную пленку с термоусадкой. Из-за дополнительной защитной конструкции корпус удлиняется и утолщается, в редких случаях – не помещается в гнездо. В случае применения аккумулятора 18650 для создания тока в 12 В с общим контроллером заряда прерыватели не устанавливаются.
Основная функция такой защиты – сохранение работы источника энергии в установленных параметрах.
Виды контроллеров
Контроллеры для li-ion аккумуляторов отличаются ценой, производителем и внутренними элементами.
- HX-3S-A02 (цена – 150 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, который защищает литий-ионные элементы от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему можно подключить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер защиты – 50х16 мм.
- FDC-2S-2 (цена – 50 рублей). Производитель – Китай, чип – HY2120, предотвращает сильный заряд/разряд, короткие замыкания. Возможно подключение двух АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3А). Параметры защиты – 36х6х1 мм.
- HX-2S-01 (цена – 70 рублей). Производство – Китай, чип – HY2120, уберегает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Подключаются две АКБ типа 18650 (максимальный ток – 3 А). Размер защиты – 36х6х1 мм.
- HX-3S-D01(цена – 220 рублей). Производство – Китай, чип S-8254AA, контролирует сильный заряд/разряд, короткое замыкание. К нему можно подсоединить три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 20 А). Размер защитной платы – 51х23 мм.
- HX-3S-D02 (цена – 200 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. К нему подключаются три АКБ типа 18650 (максимальный ток – 10 А). Размер схемы – 50х16 мм.
- HX-4S-A01 (цена – 250 рублей). Производитель – Китай, внутри чип S-8254AA, защищает от сильного заряда/разряда, короткого замыкания. Можно подсоединить четыре АКБ типа 18650 (максимальный ток – 6 А). Размер микросхемы – 67х16мм.
Схемы контроллеров
Ошибочно думать, что контроллеры заряда-разряда существуют: разрядом управлять не нужно, ток находится в прямой зависимости от нагрузки. Главное – это контроль за напряжением и температурой, временем завершения заряда. Под таким контроллером подразумевают плату, защищающую АКБ от глубокой зарядки/разрядки.
Схема контроллера литий-ионного аккумулятора
Микросхемы состоят из различных электронных элементов, поэтому имеют вариации:
- DW01-Plus. Самая популярная и простая микросхема, находится под самоклейкой с надписями, которой обернут аккумулятор. Плата шестиногая, полевые транзисторы соединены в один корпус восьминогой сборкой. Сопротивление транзисторов создает измерительный шунт: возникает большой порог срабатывания от одного устройства к другому. В полевики встроены паразитные светодиоды, благодаря которым АКБ заряжается даже при срабатывании защиты от глубокой разрядки.
- S-8241 Series. Разработчик микросхемы – фирма SEIKO, специализирующаяся на литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторах. Защитные ключи срабатывают при 2,3 и 4,35 вольтах и при спаде напряжения на FET1-FET2 до 200 мВ.
- LV5114OT. Защитная плата срабатывает при 2,5 и 4,25 вольтах, что предотвращает переразряд/перезаряд.
- R5421N Series. Среднее потребление энергии в рабочем состоянии – 3 мкА, в состоянии покоя – 0,3 мкА. Данная микросхема имеет ряд модификаций, которые разнятся величиной напряжения срабатывания при перезаряде.
Контроллер заряда Li-ion аккумулятора своими руками
Контроллер — электронная плата которая по характеристикам поддерживает рабочее напряжение и ток разряда. То есть напряжение контроллера должно отвечать характеристике прибора. Токовая нагрузка подбирается в 2 раза ниже предельной. Значит, для 18650 ток должен быть 12-15 А, для 26650 – 30-40 А.
Под контроллером заряда-разряда понимают схему защиты от слишком глубокого разряда, он же препятствует перезаряду банок выше 4,2 В. Но это только защита. Настоящий контроллер установлен в ЗУ, рассчитан на зарядку в 2 этапа с последующим отключением аккумулятора. Зарядное устройство это не блок питания. Назначение этого инструмента стабилизировать ток на первом этапе процесса, при этом выходное напряжение зависит от тока нагрузки.
В конструкции предусмотрены резисторы для регулирования выходного напряжения, индикации окончания заряда, порога ограничения выходного тока. Микросхема LM2596 выступает в виде контроллера ШИМ, компаратор LM358 поддерживает параметры тока, управляет индикацией. Стабилизатор 78L05 питает компаратор и поддерживает напряжение.
Для того, чтобы отключить аккумулятор именно в момент полного набора заряда, необходимо доработать схему. Такая доработка обусловит отключение зарядки при достижении полного заряда.
Защитная плата MBS отключит аккумулятор при достижении полного заряда. Но она срабатывает с некоторым опозданием. Поэтому батарея может получить небольшой перезаряд, сокращающий срок службы дорогого прибора.
Как сделать зарядное устройство для литиевого аккумулятора своими руками
Схема самодельной зарядки для литиевых аккумуляторов
Рассмотрим одну из самых простых схем зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов. Самодельная схема зарядки реализована на микросхеме, которая выступает как стабилитрон и контроллер заряда, и транзисторе. База транзистора соединяется с управляющим электродом микросхемы. Литиевые батареи не любят перенапряжения, поэтому на выходе обязательно нужно выставить рекомендуемое напряжение в 4.2 В. Достичь этого можно с помощью регулировки микросхемы сопротивлениями R3 R4, которые имеют значения 3кОм и 2.2 кОм, соответственно. Подключаются они к первой ножке микросхемы. Регулировка задаётся единожды, и напряжение остаётся постоянным.
Чтобы можно было подстроить напряжение на выходе на месте резистора R, устанавливают потенциометр. Производить подстройку нужно без нагрузки, то есть без самого аккумулятора. С его помощью можно точно подстроить напряжение на выходе, равное 4,2 В. Потом вместо потенциометра можно поставить резистор полученного номинала.
Резистор R4 используется, чтобы открывать базу транзистора. Номинал этого сопротивления – 0,22 кОм. Когда аккумулятор будет заряжаться, его напряжение будет расти. От этого электрод управления на транзисторе будет повышать сопротивление эмиттер-коллектора. Это, в свою очередь, будет понижать ток, идущий на аккумулятор.
Ещё нужно отрегулировать ток зарядки. Для этого используют сопротивления R1. Без этого резистора не загорится светодиод, он отвечает за индикацию процесса зарядки. В зависимости от необходимого тока, подбирают резистор номиналом от 3 до 8 Ом.
Как работает зарядка
Как работает готовая схема такого зарядного устройства? Сначала аккумулятор заряжается постоянных током, который определяется сопротивление резистора R5, при стандартном номинале 11 Ом он будет примерно 100 мА. Далее, когда перезаряжаемый источник энергии будет иметь напряжение 4,15-4,2 вольта начнется зарядка постоянным напряжением. Когда же ток зарядки снизится до маленьких значений светодиод D1 перестанет светиться.
Как известно, стандартным напряжение для зарядки Li-ion является 4,2V, данную цифру необходимо установить на выходе схемы без нагрузки, с помощью вольтметра, так аккумулятор будет заряжается полностью. Если же немножко снизить напряжение, где-то на 0,05-0,10 Вольт, то ваш аккумулятор будет заряжаться не до конца, но так он прослужит дольше. Автор статьи ЕГОР.
Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ ЛИТИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Комплектация Li-ion аккумулятора своими руками
Используя последовательное соединение, мы суммируем напряжения всех батареек, емкость считается по самой слабой. В параллельном соединении суммируются емкости банок, ток, а напряжение остается как на одном элементе. Чтобы удвоить емкость и получить большую разность потенциалов, нужно пары соединить параллельно, и включить их в связках в общую цепь последовательно.
Выполняя своими руками сборку Li-ion аккумуляторов, необходимо учесть, корпус банок нельзя разогревать. Нужно пользоваться точечной сваркой или очень мощным паяльником со специальным флюсом. Перемычки выполняют из толстого изолированного провода, уменьшая сопротивление, исключая нагрев. Можно воспользоваться специальной токопроводящей лентой. Соединять аккумуляторы нужно с помощью термоклея и клейкой термоленты.
Последовательное соединение работает правильно, если банки имеют равные параметры, и каждая поглощает равный заряд. Задачу решают с помощью балансиров, которые являются неотъемлемой частью схемы.
Для того, чтобы каждый элемент не получил излишний заряд и не разрядился ниже нормы, используют защитные платы на каждом элементе или общую защитную плату, рассчитанную на конкретное количество банок – 3S, 4S, 6S. Зачастую в MBS включен балансир.
Уровень заряда аккумулятора необходимо контролировать, для этого используют индикатор. Актуально знать, сколько энергии в батарее, чтобы своевременно подзарядить прибор.
Какой Li-ion аккумулятор принять за основу
Большинство из литий-ионных батарей используют аккумуляторы форм-фактор 18650. Это значит, гирлянду никель-кадмиевых элементов заменяют сборкой литий-ионных высокотоковых.
— В количестве используемых банок.
-В емкости АКБ, увеличенной более чем в 2 раза.
— В уменьшенном весе батареи.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать не полным циклом, при этом емкость не становится меньше.
Сложности : стоимость нового аккумулятора для шуруповерта своими руками может потянуть на 2 тысячи. Система Ли-ион 18650 работает в узком диапазоне, как правило, 4,2 – 3,0 В. Необходимо выбрать элементы, рассчитанные на ток 20-30 ампер. Потребуется ЗУ другого типа или доработанное. Необходимо использовать защитную плату для сборки, балансир, и контроллер в ЗУ. Устройство на литиевых аккумуляторах 18620 может работать до -10 С, при этом сильно потеряв емкость.
Есть другие высокотоковые батарейки А123 форм-фактор 26650 серия М, активная часть состоит из литий-железо-фосфатных компонентов. Аккумуляторы выдают напряжение 3,3 В, емкость каждого 2 500 А/ч. Эти высокотоковые устройства способны обеспечить ток до 60С, работают до -30 С. Используется ЗУ с другими параметрами
Немаловажно, что заряжаются батареи в течение 15 минут используя ток до 10 А, безопасны, не взрываются. Рабочий диапазон 3,3 – 2,5 В
Создавая литиевый аккумулятор для инструмента своими руками, рационально использовать элементы 18650 в АКБ шуруповертов мощностью 12 – 14,4 В для работы внутри помещения. Для техники с входным напряжением 18 вольт составить аккумулятор из элементов Nanophosphate А123 Systems, но только тайваньской сборки или от компании PowerLabs. Продаются на AliExpress, доставка бесплатная.
Рассчитать, сколько потребуется аккумуляторов для составления источника энергии нужного параметра несложно. Для этого нужно знать паспортную мощность прибора, напряжение. Чтобы разместить элементы в контейнере, возможно, потребуется убрать некоторые перегородки. Из старой гирлянды нужно аккуратно отсоединить клеммы, внедрить их в новую сборку, чтобы в последующем обеспечить контакт сборки с платформой прибора.